本发明专利技术提供一种半导体回音壁微腔双稳态激光器，属于光纤通信和半导体激光器技术领域，包括：N面电极；N型衬底，位于N面电极上；回音壁微腔，位于N型衬底上，包括多边形腔体和直连波导结构；并且，激光器回音壁微腔为三层堆叠结构，由下到上依次是N型限制层、有源层、P型限制层；P面电极，位于P型限制层上；回音壁微腔的中间开设有一垂直的多边形通孔。本发明专利技术提供的半导体回音壁微腔双稳态激光器可以显著提高谐振腔内模式的品质因子(Q值)实现低阈值激射，实现双稳态稳定输出，具有模式可控、体积小、工艺简单、成品率高、成本低等优势，在光通信等领域具有重要应用价值。信等领域具有重要应用价值。信等领域具有重要应用价值。
【技术实现步骤摘要】
一种半导体回音壁微腔双稳态激光器
[0001]本公开涉及光纤通信和半导体激光器
，特别涉及一种半导体回音壁微腔双稳态激光器。
技术介绍
[0002]随着日益增长的信息需求，全光通信技术由于其速度快、容量高和功耗低的优势越来越发展成为通信网络中的主要力量。基于光学双稳态原理的光触发器和存储器作为整个全光通信网络中的基本单元，在全光信号再生、记忆缓存以及光学图象处理和高速光通信等领域具有十分重要的应用价值。
[0003]光学双稳态是指在一个输入状态下具有两个稳定的输出状态，输出与输入具有类似“磁滞回线”的响应关系，目前已提出的双稳态器件可利用的输出状态主要包括激射波长、输出功率以及激光偏振等物理量。基于半导体激光器的双稳态器件具有小体积、低功耗、高速率和易于平面集成的优点，近年来在全光信号处理等领域获得了较快发展。
[0004]现有半导体双稳态激光器有耦合微盘激光器、利用顺时针和逆时针模式竞争的微环激光器以及利用对称模和反对称模式竞争的三角形微腔激光器等，其结构上或需要多个谐振腔，或需要制备环形光栅结构的外延，或需要多个波导结构，要求的制备工艺容差较小，稳定性有待提高。现有半导体双稳态激光器，受制于结构和制备工艺，可控范围受限。此外，微环激光器采用波导与圆形谐振腔相切的耦合输入输出方式，耦合距离短，耦合比很低，影响器件的输入输出功率。半导体回音壁微腔具有高品质因子和小模式体积的优点，基于回音壁微腔的半导体双稳态激光器具有制备简单、成本低廉、易于实现面内高密度集成的优点，非常适合当下光集成、光互连等发面的发展需求。
技术实现思路
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]现有半导体双稳态激光器至少存在部分以下问题：输出功率不够，可控范围不够，稳定性不够，制备工艺复杂。
[0007](二)技术方案
[0008]为了至少能够解决部分以上所提出的技术问题，本专利技术提供一种半导体回音壁微腔双稳态激光器，包括：
[0009]N面电极(1)；
[0010]N型衬底(2)，位于N面电极(1)上；
[0011]回音壁微腔(3)，位于N型衬底(2)上，所述回音壁微腔(3)的顶部设置有一P面电极窗口(4)，所述回音壁微腔(3)的中间开设有一垂直的多边形通孔(5)，所述回音壁微腔(3)用于产生两组反射模式，所述两组反射模式之间具有耦合性，所述多边形通孔(5)用于解除所述耦合性，形成第一反射模式和第二反射模式，所述P面电极窗口(4)用于电流的非均匀注入，使所述第一反射模式的场分布以外的非注入区域存储载流子，使所述第一反射模式
的激射阈值和所述第二反射模式的激射阈值不同。
[0012]可选的，所述多边形通孔(5)的横断面形状为方形。
[0013]进一步的，所述多边形通孔(5)在所述N型衬底(2)上的投影的顶角和所述两组反射模式中的一组反射模式的场分布在所述N型衬底(2)上的投影的顶角正对，所述两组反射模式的模式场之间产生差异性。
[0014]进一步的，所述多边形通孔(5)的孔径大小用于调整所述第一反射模式的品质因子和所述第二反射模式的品质因子之间的值差。
[0015]可选的，所述P面电极窗口(4)的横断面形状为方环形。
[0016]进一步的，所述P面电极窗口(4)在所述N型衬底(2)上的投影与所述第一反射模式的场分布在所述N型衬底(2)上的投影重叠，所述回音壁微腔(3)内的载流子的横向扩散有限。
[0017]可选的，所述回音壁微腔(3)的横断面形状为边长相等的八边形。
[0018]进一步的，所述八边形的边为弧边，每条弧边的变形度一致，所述弧边用于提高所述两组反射模式的品质因子的值
[0019]进一步的，所述P面电极窗口(4)的横断面的顶角数与所述多边形通孔(5)的横断面的顶角数相同时，所述P面电极窗口(4)的横断面的顶角与所述多边形通孔(5)的横断面的顶角正对。
[0020]进一步的，所述回音壁微腔(3)、所述P面电极窗口(4)以及所述多边形通孔(5)三者的垂直中心轴位置相同。
[0021]可选的，所述回音壁微腔(3)包括：
[0022]N型限制层(301)，位于所述N型衬底上，用于减少垂直方向的光的辐射损耗；
[0023]有源层(302)，位于所述N型限制层(301)上，用于生成光；
[0024]P型限制层(303)，位于所述有源层(302)上，用于与所述N型限制层(301)相配合以增加对光场的限制能力。
[0025]可选的，所述半导体回音壁微腔双稳态激光器还包括：波导结构(6)，与所述回音壁微腔(3)其中一个顶角直接相连，用于激光的定向出射。
[0026]可选的，所述半导体回音壁微腔双稳态激光器还包括：解理面(7)，设置在所述波导结构(6)与所述回音壁微腔(3)相对的另一端，用于确定光的出射位置。
[0027](三)有益效果
[0028](1)P面电极窗口和多边形通孔的存在，迫使回音壁微腔内两组耦合的反射模式不再耦合，形成两个独立的反射模式，进而通过电流非均匀注入可实现双稳态输出，且通过调整P面电极和多边形通孔的尺寸，使得双稳态输出范围可控。
[0029](2)半导体回音壁微腔双稳态激光器谐振腔为多边形结构，腔内可存在多个反射模式形成的模式族，通过区域选择性地注入电流，可以调控腔内多组反射模式的激射情况。
[0030](3)回音壁微腔通过引入弧边代替直边能够将模式场分布更加局域在靠近腔内中心的位置上，从而提高模式的品质因子(Q值)，有利于实现低阈值激射。
[0031](4)在回音壁微腔中心引入内孔结构，不同大小的内孔结构可以有效降低谐振腔对光线的限制能力，从而增加波导的耦合输出光的能力，提高激光器的输出功率。
[0032](5)本专利技术提供的半导体回音壁微腔双稳态激光器仅需要简单的平面工艺即可制
备，不需要额外的电子曝光做光栅结构，不需要二次外延。
附图说明
[0033]图1示意性示出了一种半导体回音壁微腔双稳态激光器实施例的立体结构图。
[0034]图2示意性示出了一种半导体回音壁微腔双稳态激光器实施例的回音壁微腔的俯视平面图以及根据有限元方法计算该回音壁微腔的模式特性的二维仿真模型图。
[0035]图3示意性示出了图2中回音壁微腔直边长为a＝8μm，弧边变形度为δ＝0.1μm、多边形通孔的孔径大小1＝7.6μm、P面电极的窗口宽度w＝1.6μm、波导结构的波导宽度d＝2μm时，根据图示有限元仿真模型计算得到的回音壁微腔模式品质因子(Q值)与特征波长的对应关系。
[0036]图4示意性示出了图3给出的微腔的模式的品质因子与特征波长对应图中第一反射模式和第二反射模式以及相同参数的回音壁微腔在无方环形电极窗口与方孔下的四次反射耦合模式分别对应的模场分布图。
[0037]图5示意性示出了实际制备的半导体回音壁微腔双稳态激光器的功率
‑
电流测试曲线图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种半导体回音壁微腔双稳态激光器，其特征在于，包括：N面电极(1)；N型衬底(2)，位于N面电极(1)上；回音壁微腔(3)，位于N型衬底(2)上，所述回音壁微腔(3)的顶部设置有一P面电极窗口(4)，所述回音壁微腔(3)的中间开设有一垂直的多边形通孔(5)，所述回音壁微腔(3)用于产生两组反射模式，所述两组反射模式之间具有耦合性，所述多边形通孔(5)用于解除所述耦合性，形成第一反射模式和第二反射模式，所述P面电极窗口(4)用于电流的非均匀注入，使所述第一反射模式的场分布以外的非注入区域存储载流子，使所述第一反射模式的激射阈值和所述第二反射模式的激射阈值不同。2.根据权利要求1所述的半导体回音壁微腔双稳态激光器，其特征在于，所述多边形通孔(5)的横断面形状为方形；所述多边形通孔(5)在所述N型衬底(2)上的投影的顶角和所述两组反射模式中的一组反射模式的场分布在所述N型衬底(2)上的投影的顶角正对，所述两组反射模式的模式场之间产生差异性。3.根据权利要求1所述的半导体回音壁微腔双稳态激光器，其特征在于，所述多边形通孔(5)的孔径大小用于调整所述第一反射模式的品质因子和所述第二反射模式的品质因子之间的值差。4.根据权利要求1所述的半导体回音壁微腔双稳态激光器，其特征在于，所述P面电极窗口(4)的横断面形状为方环形；所述P面电极窗口(4)在所述N型衬底(2)上的投影与所述第一反射模式的场分布在所述N型衬底(2)上的投影重叠，所述回音壁微腔(3)内的载流子的横向扩散有...
【专利技术属性】
技术研发人员：张振宁，黄永箴，杨跃德，肖金龙，李建成，郝友增，绳梦伟，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。